綠色節能理念下建筑結構設計探討

李茂才

（山東大衛國際建筑設計有限公司，山東 濟南 250000）

隨著社會經濟的快速發展與城市化進程的不斷推進，我國建筑工程事業規模不斷擴大，建筑工程項目建設數量不斷提升。但就目前來看，在我國建筑工程項目建設中，建筑工程能耗大的問題較為嚴重，只有在建筑工程設計施工中融入綠色節能理念，才能有效減少建筑工程建設能耗。

1 綠色節能理念下建筑結構特點

1.1 完整性

在綠色節能理念下，建筑結構設計過程中需要遵循建筑全生命周期原則，保證建筑結構體系具有完整性特點。這就需要設計師在設計時全面考量規劃設計、建設施工、后期運營管理以及建筑拆除等多個建設環節，同時對地理環境因素予以考量，保證施工可以對資源進行有效使用，對可回收利用材料進行盡量使用，且在運營過程中要盡量降低能源消耗，減少對環境的危害。

1.2 地域性

綠色節能理念建筑結構應具有地域性特點，設計師應在結構選擇中做到以人為本。（1）以人們的健康舒適使用需求為出發點進行設計。只有與人們生活需求相符，才能發揮綠色建筑結構設計價值。（2）設計師應對綠色建筑結構環境特點予以全面考量，根據外部環境完成建筑朝向、布局、形態、選址等設計工作，促進建筑與周邊環境的高度融合。

1.3 綜合性

綠色節能理念下，設計師在建筑結構設計過程中應保證建筑結構具有綜合性特點，讓整體結構更具系統化特點。一方面，設計師應積極增強資源節約綜合利用，讓建筑結構建設帶來環境負荷得以減少；另一方面，設計師應積極進行優化設計，讓施工工藝得以創新，讓資源利用率得以提高，降低建筑工程整體能耗。

2 綠色節能理念下建筑結構設計原則

2.1 地域原則

在建筑結構設計中，應遵循地域原則，明確建筑工程無法脫離環境單獨存在，促使建筑有效融入環境。

2.2 合理原則

設計工作具有一定復雜性，對此，設計師需要對合理體形系數予以選擇，為建筑結構選型優化奠定基礎。例如，在屋頂以及外墻等圍護結構選型過程中，需要設計一定保溫隔熱措施；對高質量門窗系統進行選用，保證窗墻比設計科學，可以讓室內采光通風得以滿足的前提條件下，盡量減少建筑熱量損失；此外，設計師應對平面布局進行合理設計，保證空間使用率可以得到提升，空調設備能耗可以得到降低，讓熱量損失得以減少，保證室內熱舒適度[1]。

2.3 自然原則

設計師在工作開展中，應保證建筑結構設計與自然條件融合，可以對建筑物理風壓作用、熱作用進行充分利用，讓室內外自然通風效果得以保證。與此同時，應對立體綠化遮陽措施進行積極使用，在對太陽輻射強度予以削弱的同時，保證建筑保溫隔熱效果，幫助人們擺脫對空調設備、人工照明設備的過度依賴情況。

2.4 可持續原則

設計師在綠色節能建筑結構設計過程中，應遵循可持續發展原則，積極對新產品、新技術以及新材料進行使用，如太陽能光伏發電技術、地源熱泵空調技術、新風熱回收等。

3 綠色節能理念下建筑結構設計策略

3.1 主要類型

（1）混合結構體系。在6層以下建筑工程中，此種結構體系具有良好適用性，具有較大橫向剛度與較好整體性，但此種結構體系平面靈活性相對較差。

（2）框架結構體系。框架結構體系主要指使用梁柱組成縱橫框架，讓此框架對豎向荷載、水平荷載予以共同承受的結構體系，在15層以下建筑工程中具有良好適用性。

（3）剪力墻結構體系。此種結構體系可以讓建筑縱橫墻體對豎向荷載、水平荷載予以共同承受，縱橫墻體可以作為分隔房間墻或是圍護墻使用，剪力墻結構體系具有較大的側向剛度，在水平荷載影響下，其側移相對較小。但此種結構體系剪力墻間距相對較小（通常為3～8m），且平面布置靈活性相對較差，難以在大空間公共建筑設計中進行使用。

（4）框架-剪力墻結構體系。此種結構體系具有空間大、平面布置靈活特點，與此同時，其具有較大的側向剛度，在10～20層建筑中，該結構體系具有良好適用性。除此之外，因為此種結構體系可以使用裝配技術，本身具有良好的節能性、環保性。

如在我國濟南市高新區莊科安置房項目中，就采用了裝配式剪力墻結構體系，該工程項目位于濟南市高新區莊科片區大正南路以西，經十東路以南。單體均為18～26層住宅樓，剪力墻結構體系，其中樓板、剪力墻、樓梯、隔墻均采用裝配式，項目裝配率超50%，具有良好的節能環保性能。在具體結構設計過程中，設計單位科學計算了總剪力墻抗彎剛度、總連梁約束剛度、地震作用、水平力作用下位移、剪力墻抗彎剛度變化對框架柱內力影響等數據信息，保證了設計方案實用性、環保性[2]。

3.2 設計策略

依照建筑工程結構材料，現階段，混凝土結構與鋼結構在我國綠色節能建筑工程結構設計中得到了廣泛應用，現就這兩種結構設計策略及能源、材料應用策略展開分析。

（1）混凝土結構設計策略。在混凝土建筑工程結構設計過程中，一方面，應保證設計方案可以讓工程施工質量與施工進度滿足建設要求；另一方面，應積極采用新型結構體，并對其進行升級優化處理。以墻體設計為例，首先，設計師可以利用水泥聚苯模殼結構作為承重墻體，此種新型墻體可以讓混凝土墻體施工用料得以減少，同時保證整體施工質量；其次，設計師可以使用格構式墻體，此種墻體為自密實面免振搗結構體，在膜殼內，利用混凝土與結構梁的有效結合，可以讓新型混凝土墻得以形成，此種結構主要材料包含添加劑、聚苯顆粒以及改性水泥，在工廠可以對其進行制作成型，利用此墻體，可以對傳統混凝土墻體予以直接替換，其具有較好的保溫性、承重性，可以讓施工效率、施工安全得到保證。值得注意的是，在選擇使用格構墻體時，應依照施工墻體需要，有效調整膜殼形狀，與此同時，應對其抗壓性、防水性、抗凍性數據信息進行計算，保證結構設計效果[3]。

（2）鋼結構設計策略。在鋼結構建筑工程結構設計過程中，設計師需要對建筑自重進行有效控制，對豎向結構件載荷、重力進行有效調整，保證建筑工程施工安全、施工質量，讓鋼結構施工優勢得到充分發揮。首先，在豎向結構荷載方面，設計師需明確每一層建筑物重力都與建筑高度具有數學函數關系，建筑物荷載出現彎矩與建筑軸力具有一定關系，鋼結構建筑設計師應科學設計建筑水平荷載、豎向荷載，保證二者荷載具有平衡狀態，確保整體結構施工可靠性；其次，在超高層建筑鋼結構設計過程中，設計師應科學設計偏心差、側向位移數據，明確鋼結構偏心差會有附加內力產生，可能會影響建筑工程整體安全性；最后，設計師在鋼結構工程設計過程中，應積極利用BIM技術完成可視化模型構建工作，并利用信息技術檢驗施工工藝與設計方案，確保鋼結構施工環保性、安全性。

（3）圍護結構設計策略。圍護結構是綠色節能理念建筑結構設計重要內容，在非透明圍護結構設計方面，首先，在項目屋頂設計過程中，可以采用綠化屋面設計方案，融合種植介質層、過濾層、排水層、防水混凝土面層、隔水層以及保溫板等，讓整體綠色效果得到保證；其次，在建筑項目外墻樓板設計過程中，可以對外保溫系統進行有效設計，在具體應用中，可以應用飾面層、水泥砂漿、擠塑聚苯板、蒸壓加氣混凝土砌塊結合構造方法，在熱橋樓板構造中，可以使用飾面層、擠塑聚苯板、鋼筋混凝土、水泥砂漿與飾面層結合的構造方法。在透明圍護結構設計方面，首先，在項目外窗設計過程中，應對節能玻璃窗進行有效使用，如塑鋼低輻射中空玻璃窗等；其次，應科學設計結構墻體和外門窗框接縫位置，可以對具有良好耐久性的防水透氣膜、防水隔汽膜等密封材料進行使用；最后，應對外窗、玻璃幕墻可開啟面積進行科學設計，保證自然條件下建筑自然通風效果，降低空調使用能耗。

（4）可再生能源應用策略。在建筑結構設計中，應對可再生能源進行有效應用，如使用太陽能光電利用技術、地源熱泵技術、新風系統技術，可以起到能源節約效果。以地源熱泵技術為例，該技術的應用可以節約空調使用成本，減少污染物排放量，在具體設計過程中，需要對具有較好耐久性的地埋管材料進行有效選擇，保證其在設計使用期限內可以得到正常應用。以新風系統技術為例，該技術的應用可以向室內不斷完成新風輸送工作，可以有效過濾霧霾顆粒，保證室內沒有干燥、陰冷等情況出現[4]。

（5）建筑材料選擇策略。在建筑結構設計過程中，設計師應明確建筑結構設計與材料選擇工作之間具有密切聯系，在混凝土與砂漿選擇過程中，可盡量選擇附近混凝土攪拌站預制混凝土，防止因場地制作造成較大揚塵污染、噪聲污染情況產生；在鋼筋與鋼材選擇過程中，應對高強度鋼材進行有效使用，并在工廠生產預制構件后完成現場運輸吊裝作業工作，保證材料具有較高的可循環性；設計師應在水泥、門窗、水暖電等建材選擇中，盡量選擇具有綠色無污染材料以及耐久性墻、易維護高性能材料[5]。

4 結束語

綜上所述，綠色節能理念建筑結構具有完整性、地域性、綜合性特點，設計師在建筑工程結構設計過程中，通過對混合結構體系、框架結構體系、剪力墻結構體系進行科學選擇，對混凝土結構設計策略、鋼結構設計策略、圍護結構設計策略、可再生能源應用策略以及建筑材料選擇策略進行合理應用，可以讓綠色節能理念在建筑結構設計中得到有效應用。